综合地质预报技术在岩溶隧道中的应用探究

孙舒波

(中铁十八局集团有限公司　贵州毕节　551500)



综合地质预报技术在岩溶隧道中的应用探究

孙舒波

(中铁十八局集团有限公司贵州毕节551500)

摘要：长期以来，我国隧道工程界始终存在岩溶问题这个难题，如何让岩溶地区地质预报的准确性得以提升已经成为当前我国隧道工程界亟待解决的重要课题。文章基于岩溶隧道地质预报的范围与内容，对几种主要的综合地质预报技术在岩溶隧道中的应用进行了系统的分析与探究，并提出了对地质预报技术进行综合应用的必要性。

关键词：岩溶隧道，地质预报技术，综合应用

近年来，很多岩溶地区开始修建各种深埋隧道，这让隧道工程方面临着一个史无前例的重大问题，即如何对岩层软弱带、断层破碎带等不良地质体实施准确的地质预报。目前常用的预报技术主要有地球物理勘探法、地质调查分析法、超前导坑预报法以及超前水平钻探法等[1]。实践证明，在面对复杂的岩溶地区时，这些单一的预报方法往往会受到施工技术、施工场地等因素的限制，预报的效果并不理想。因此，对于复杂的岩溶地区，在修建隧道的过程中必须严格根据地质异常区的实际情况，选择不同的方法来对隧道进行综合性的地质预报、全面分析、取长补短[1]，只有这样，预报的效果才能够达到最佳。

1岩溶隧道中地质预报的范围及内容

我国著名岩石动力学学家赵明阶通过相似模型试验与数值模拟方法对隧道围岩随溶洞大小与空间位置变化的变形特性进行了深入的研究，最终就溶洞安全距离的问题提出了这样的依据：①针对于隧道侧45°方向的溶洞而言，一旦溶洞与隧道的距离达到了溶洞直径的4倍[2]，且溶洞与隧道之间的岩体厚度达到了隧道直径的1倍时，即可以不考虑溶洞对隧道的影响。②针对于隧道两侧与顶部的溶洞来说，一旦溶洞与隧道的距离达到了溶洞直径的2-3倍，且溶洞与隧道之间的岩体厚度达到隧道直径的1倍时[2]，也可以不考虑溶洞对隧道的影响。

基于此，地质预报的具体范围即是：溶洞与隧道之间的岩体厚度达到隧道直径1倍，溶洞与隧道的距离达到溶洞直径的4倍，并且要在溶洞结构面不发育的情况下，才可以不考虑熔岩对隧道的影响。如果熔岩结构面出现发育现象，那么预报的范围就必须根据岩溶结构面的发育结构来考虑，按一定的安全系数(1D—3D)来确定拓展的范围。而岩溶隧道施工地质预报的具体内容则是：①岩溶体充填物的性质(如充水、空洞、含泥沙等)；②岩溶的空间位置、形状、大小③在充水的情况下，岩溶与暗河之间、岩溶与周围岩溶构造之间以及与破碎带之间等在拓展范围内的连通情况。

2主要地质预报技术

2.1TST超前预报分析

TIS技术，即是通过隧道散射地震CT成像技术来对地质体进行二维偏移图像分析[1]，其检波器与震源点分别布置于隧道两侧边墙上的钻孔之中。比如，如果爆破震源点位于D1K856+520，D1K856+545和D1K856+565，那么检波器则由D1K856+593开始向后布置(每5m在每侧边墙上各布置1处)[1]。通过这样的布置，爆破震源所产生的地震波就会有效的被检波器接收，而TST探测也将得到有效的观测数据。然而，通过隧道围岩波速分析与地质体偏移成像等室内数据处理，即可得出隧道正洞掌子面前方150m内的围岩波速曲线与地质体偏移图像。众所周知，围岩速度的分布将有效的反应出岩体力学性状的分布。一般地，围岩越破碎，相应的弹性模量值就越小，波速就越低。相反，围岩越完整，相应的弹性模量值就越大，波速也就越高。因此，围岩波速图像与地质构造图像之间始终都具有良好的对应性，通过对地质体偏移图像、围岩波速曲线以及相关地质资料的分析，即可得出隧道正洞掌子面前方150m内的地质预报结果。

2.2地质雷达

地质雷达是一种地球物理勘探方法，通过对超高频窄脉冲电磁波的利用来有效实现对介质分布的探测。具体来说，地质雷达的工作原理如下：超高频窄脉冲电磁波(106～109Hz)通过对发射天线被隧道前方掌子面，经存在如岩溶、裂隙、空洞这种具有电性差异的目标体中，之后经反射返回地面，最终由接收天线实现对其的接收[2]。在介质中进行传播时，高频电测波的路径以及电磁场的强度与波形都将随着通过的介质的几何形态、电性特征而发生相应的变化。因此，只要根据接收波的旅行时间、波形、幅度等参数，即可有效的推断出掌子面前方的地质构造。

2.3红外探测

红外探测是一种非接触性的探测方法。简单的说，红外探测其实就是利用红外温的原理来实现对具备地温异常现象的探测，同时借此判断出隐伏含水体、地下脉状流、脉状含水带等的所在位置[3]。在探测的过程中，首先就要在隧道的边墙或断面上设定好探测的具体位置，然后利用激光器在确定好的探测位置上做好印记(通常都是打出一个红色的斑点)，之后再扣动红外探测仪器的扳机即可在仪器屏幕上读取出围岩场强探测值，然后再转入到下一个序号点。探测完毕之后，即根据所测场强值来绘制出一系列的曲线。当隧道外围或掌子面前方存在含水构造时，这个曲线上的数据即会出现突变(含水构造所产生的红外辐射场会叠加到围岩的正常辐射场，从而导致探测曲线出现弯曲现象)。反之，如果隧道掌子面前方围岩的介质相对正常，则所获得的红外探测曲线即会接近于直线[3]，且离散度较小。

3对地质预报技术的综合应用

目前，很多岩溶地区在修建隧道的过程中往往都采用单一的预报方法来实现对地质情况的预报。显然，这样的预报结果必然会出现误报、漏报以及精度较差等问题。这种使用单一系统或方法来进行预报的模式具备了极大的局限性，如上述所说的三种主要预报技术：一是TST超前预报系统，其虽然在探测分辨率上有了很大的提高，但由于接收与发射都位于同一条直线上，且是单排列观测系统，仅仅有利于对掌子面前方正交的地质异常体的预报，对于岩溶等不均匀体的预报效果并不理想；而且还不能有效滤除面波和直达波，其所带来的干扰通常都会直接对人们的正确解读带来严重影响。二是地质雷达，虽然其有着较高的分辨率，但由于雷达波的穿透能力往往都是较弱的，短距离的预报效果良好，远距离的预报效果则十分不理想。三是红外探测技术，其有受限于探测的距离，预报的距离仅仅在30m内。同时，红外探测技术仅仅能够判定隧道中是否有水体存在，针对于岩溶隧道而言，很难准确地判定存在水体的大小以及准确的位置。在岩溶隧道的地质预报工作中，如果仅仅依靠某一种单一的预报技术来进行预报，显然会存在着诸多的问题，准确性与可靠性都不会达到预期目标。因此，预报技术的应用必须扬长避短，科学、合理的将各种技术进行有效结合。只有这样，岩溶隧道的地质预报工作的效果才能够得到实质性的提升，从而确保隧道施工的安全。

4结语

总之，综合地质预报技术是隧道工程建设过程中不可缺少的重要部分，尤其是那些较为复杂的岩溶地区，所起到的作用是巨大的。目前虽然综合地质预报的方法与手段多种多样，但各类方法的准确性与精确度还有待提高。因此，要在实践过程中不断的总结经验，同时还要继续对其进行深入的研究。只有这样，地质预报的效果与质量才能得到不断的提升。

参考文献：

[1]王成亮，白明洲，岐峰军，等.综合地质超前预报技术在岩溶隧道中的应用分析[J].铁道建筑，2013，53(5)：65.

[2]徐贵辉.复杂岩溶地区隧道施工综合地质预报技术及工程应用[D].长沙：中南大学，2010.

[3]苏文俊，侯宗博.综合地质预报技术在岩溶区隧道施工中的应用[J].西北地震学报，2011，33(B08)：330.

(责任编辑宁梵西)

中图分类号：U 416.1

文献标识码：A

文章编号：1674-9545(2015)04-0051-(02)

通讯作者：孙舒波，697431548@qq.com。

收稿日期：2015-6-29